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경북대 박현웅 교수팀, 광합성 한계를 뛰어넘는 인공광합성 광촉매 소재 개발
2019년 09월 17일 (화) 16:56:03 DGN webmaster@dgn.or.kr
“광합성 한계를 뛰어넘는 인공광합성 광촉매 소재 개발의 궁극적인 목표는 햇빛, 물, 이산화탄소만을 이용해 8개 탄소로 구성된 가솔린을 합성하는 것입니다. 이 목표가 실현될 경우 이산화탄소로 달리는 자동차는 더 이상 꿈이 아닐 것입니다.”

경북대 에너지공학부 박현웅 교수와 강운석 박사후연구원이 이끄는 연구팀이 이산화탄소를 다중탄소 지방족산(aliphatic acid)※으로 전환시킬 수 있는 고효율 인공광합성 광촉매 원천소재를 개발했다.

햇빛을 이용해 이산화탄소를 탄소화합물로 변환시키는 인공광합성 연구는 신재생에너지와 관련한 것으로, 국가 간 기술 경쟁이 매우 치열한 분야이다. 대부분의 인공광합성 기술은 전기에너지를 보조에너지로 사용하여야 하고, 전기촉매 반응은 탄소 2개로 구성된 아세트산, 에틸렌, 에테인까지만 생산할 수 있다.

박 교수팀은 전기증착법을 이용해 구리-철 산화물 광촉매 소재를 제작하는데 성공한 것으로, 개발한 광촉매 소재는 전기에너지를 사용하지 않고 햇빛과 물, 이산화탄소 등 3가지 요소로 탄소 6개로 구성된 탄소화합물까지 생산할 수 있다. 대부분 자연광합성과 인공광합성은 1% 효율로 진행된다. 박 교수팀이 개발한 광촉매 소재는 10%까지의 효율로 4개월 간 지속적으로 유지하면서 탄소 1개로 구성된 지방족산(포름산)부터 6개 탄소로 구성된 지방족산(구연산)까지 생산할 수 있어 높은 효율과 안정성으로 상업화에 유리할 것으로 기대된다.

이 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지인 ‘미국화학회 에너지레터(ACS Energy Letters)’ 9월 13일자 표지논문으로 발표됐다. 관련 광촉매 제조 기술은 한국특허 등록을 마치고, 현재 미국특허 등록 심사 중에 있다.

박현웅 교수는 “현재 고가의 다중탄소화합물을 대용량으로 합성할 수 있는 광촉매 시스템 연구가 진행 중이며, 향후 5년 안에 이산화탄소 자원화 공정개발을 위한 핵심소재 기술 및 대량화 기술 전략을 확보할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 또한 현재 개발된 광촉매 개질을 통해 최근 일본 수출규제 물질인 감광액 제조에 필요한 폴리케톤, 방향족 화합물 등을 오로지 이산화탄소와 물로부터 제조할 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

이번 연구는 한국 이산화탄소 포집 및 처리 2020(Korea CCS 2020) 사업의 지원을 받아 수행됐다.

※ 지방족산은 방향족산을 제외한 유기산을 의미한다. 포름산, 구연산, 아세트산 등이 있으며 염료, 의약품, 합성수지 등의 개발에 사용된다.

논문제목 : 광합성 효율 한계를 뛰어넘은 이산화탄소 전환용 구리-철 복합 산화물 광촉매 개발(Synthesis of aliphatic acids from CO2 and water at efficiencies close to the photosynthesis limit using mixed copper and iron oxide films)
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